DE3613260C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschleunigung von in einem einseitig verschlossenen Rohr befindlichen Projektilen durch ein elektrisch aufgeheiztes Plasma mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs.

Es ist bekannt, daß mit elektrisch aufgeheizten Plasmen Projektile in metallischen Rohren auf hohe Geschwindig­ keiten beschleunigt werden können (vgl. Goldstein S.A. et al. Final Report on Research and Development of a Plasma Jet Mass Accelerator as a Driver for Impact Fusion; GT- Devices, Alexandria, VA, USA, Contract DE-ACO5-81-ER10 846, May 1984). Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden in engen Isolierstoffkapillaren Plasmastrahlen erzeugt, die auf den Projektilboden einwirken. Durch Kontakt der Gasent­ ladung mit den Kapillarwänden kommt es zur Ablation von Isolierstoff und zur Aufheizung des Plasmas. Die Folge sind Plasmastrahlen, die aus den Kapillaröffnungen austre­ ten.

Besonders nachteilig ist bei diesen bekannten Vorrichtun­ gen, daß ein relativ großes Anfangsvolumen erforderlich ist, in dem das Plasma erzeugt und aufgeheizt wird. Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzu­ entwickeln, daß das Anfangsvolumen, in dem das Plasma er­ zeugt und aufgeheizt wird, möglichst gering ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs gelöst.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, welche mit Hilfe von Figuren erläu­ tert werden, beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Beschleunigung von Projektilen mittels eines elektrisch aufgeheizten Plasmas;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Plasmakanone mit einer Schaltung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Plasmakanone;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Stromes in der Plasmakanone; und

Fig. 4 den Schnitt einer erfindungsgemäßen Plasmakanone nach dem Zünden des Plasmas.

In Fig. 1 ist noch einmal eine bekannte Beschleunigungsvor­ richtung dargestellt, wie sie etwa in dem eingangs zitier­ ten Bericht von Goldstein et. al. näher beschrieben wird.

In Fig. 1 ist mit 1 ein einseitig verschlossenes Rohr be­ zeichnet, an dessen verschlußseitigem Rohrboden eine erste Elektrode 2 angeordnet ist. Eine zweite, von der ersten Elektrode elektrische isoliert angeordnete Elektrode (3) (Ringelektrode), ist über eine Spannungsquelle 4 und einen Schalter mit der ersten Elektrode 2 verbunden. Durch die beiden Elektroden 2 und 3 wird in dem Rohr 1 eine mit 6 be­ zeichnete Plasmakammer definiert, die im Bereich der Ring­ elektrode 3 zunächst durch ein zu beschleunigendes Projek­ til 7 abgeschlossen ist.

Nach dem Schließen des Schalters 5 wird zwischen den Elek­ troden 2 und 3 ein Lichtbogen gezündet und das Projektil 7 durch den Druck des Lichtbogenplasmas beschleunigt.

Wie bereits eingangs erwähnt, weist diese Vorrichtung den Nachteil auf, daß die Plasmakammer 16 ein relativ großes Volumen aufweist, in der der treibende Druck sich verhält­ nismäßig langsam aufbaut.

Die Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, die ohne Plasmaraum auskommt.

Mit 9 ist die Plasmakanone und mit 10 das Rohr der Plasma­ kanone bezeichnet, welches gleichzeitig an seinem ver­ schlußseitigen Ende die Ringelektrode bildet. Die koaxiale Mittelelektrode ist mit 11 gekennzeichnet. Die Schaltungs­ vorrichtung zum Betrieb der Plasmakanone 9 trägt das Bezugszeichen 20.

In dem Schaltplan 20 wird mit 21 ein Antrieb, z. B. ein mit einem Flüssigtreibstoff gespeister Motor, und mit 22 ein Gleichstromgenerator bezeichnet. Die von dem Gleich­ stromgenerator erzeugte Spannung wird über den Schalter 23 einer Kapazität 24 zugeführt, die als kapazitiver Energie­ speicher wirkt. Die Kapazität 24 ist einerseits über einen Schalter 25 mit der ersten Elektrode 11 und andererseits über eine strombegrenzte Induktivität 27 mit der zweiten Elektrode 10 verbunden.

Außerdem kann die Kapazität 24 über einen Schalter 26 kurz­ geschlossen werden.

Zu Beginn des Beschleunigungsvorganges ist der kapazitive Energiespeicher 24 auf die Spannung Uo aufgeladen. Nach Einlegen des Schalter 25 zum Zeitpunkt t=t 0 (vgl. auch Fig. 3), entlädt sich der Energiespeicher über die Induk­ tivität 27 und über das Plasma im Beschleuniger. Wenn zum Zeitpunkt t=t 1 der Strom i seinen maximalen Wert i _max er­ reicht hat, wird der Kurzschlußschalter 26 geschlossen. Der abnehmende Stromfluß über das Beschleunigerplasma wird danach durch die Induktivität der Spule 27 aufrechter­ halten.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung wurde bei einer Ladespannung von 9 kV ein Aluminiumkörper der Masse von m=15 g beschleunigt. Der Strom erreichte nach t 1=88 µs sein Maximum von i _max =282 kA und fiel danach nahezu linear ab. Die Flugge­ schwindigkeit des Projektiles betrug dabei 1020 m/s.

Fig. 4 zeigt die Plasmakanone nach dem Zünden des Plasmas. Dabei wurde mit 100 die verschlußseitige Ringelektrode und mit 12 der lsolierkörper zwischen Mittelelektrode 11 und Ringelektrode 100 bezeichnet.

Der Beschleunigungsvorgang wird durch eine Entladung einge­ leitet, die sich zwischen Projektil 14 und Isolierstück bzw. koaxialen Mittelelektrode 112 ausbildet. Während des raschen Anstieges des Stromes i wird überwiegend in den Fußpunktsgebieten des heißen Lichtbogens Material ver­ dampft und aufgeheizt. Zusätzlich wird durch den engen Kon­ takt des Lichtbogens mit den Wänden weiteres Material verdampft. Der dabei entstehende Druck treibt das Projektil 14 in Richtung des Rohrendes. Während der Be­ schleunigung bildet sich in dem größer werdenden Plasma­ raum hinter dem Projektil 14 ein Plasma 16 aus.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Beschleunigung von in einem einseitig ver­ schlossenen Rohr befindlichen Projektil durch ein elektrisch aufgeheiztes Plasma, bei der zur Erzeugung des Plasmas zwei Elektroden vorgesehen sind, wobei die erste Elektrode in dem verschlußseitigen Teil des Rohres koaxial angeordnet und die zweite Elektrode als Ringelektrode ausgebildet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ringelek­ trode am verschlußseitigen Ende des Rohres (10) angeordnet ist, und daß sich das Projektil (14) vor Ausbildung des Plasmas an der koaxialen Innenelektrode (11) anlegt, wobei während der Energiezufuhr in den Fußpunktgebieten des Licht­ bogens Material verdampft wird.